数字控制全桥-LLC-谐振变换器的研究

中图分类号TM461论文编号102870313-S194学科分类号080804硕士学位论文数字控制全桥LLC谐振变换器的研究研究生姓名钱娟学科、专业电力系统及其自动化研究方向功率电子变换技术指导教师陈乾宏教授南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一三年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonDigitalControlFull-BridgeLLCResonantConverterAThesisinElectricalEngineeringbyQianJuanAdvisedbyProfessorChenQianhongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2013承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I摘要航空高压直流电源系统具有电网重量轻、易于实现不中断供电等特点，是未来飞机供电系统发展方向之一。本文研究高压直流电源系统中的二次电源DC/DC变换器。全桥LLC谐振变换器具有电路结构简单、可以在宽负载范围内实现开关管的零电压开通和输出二极管零电流关断的优点，非常适合作为高压直流电源系统中的二次电源DC/DC级电路拓扑。LLC谐振变换器常用的控制策略有变频控制和定频控制，两种策略各有其优缺点。为了结合两种控制策略的优点，本文采用了变频控制和定频控制相结合的混合式控制策略。本文详细讨论了混合式控制策略下变换器分别工作在变频控制和定频控制模式时全桥LLC谐振变换器的工作原理，并分别采用基波分析法和时域分析法讨论了变频工作模式和定频工作模式下变换器的基本特性，在此基础上给出了变换器模式切换点的选取原则。当变换器工作在开关频率等于谐振频率的模式时，变换器的效率最优，考虑到实际参数的误差，本文提出了一种谐振频率检测方法，从而保证额定输入时、变换器始终工作在谐振频率点。传统的模拟控制电路比较复杂、元器件数目繁多，极大地限制了电源功率密度的提高和电源成本的缩减，因此本文给出了一种数字控制方案。该方案选取DSP作为控制单元，设计了基于DSP的全桥LLC谐振变换器的控制电路，包括驱动电路、采样调理电路、谐振频率检测电路等，并给出了数字控制方案的具体流程图。最后，在实验室完成了一台输入为DC270±10%V，输出为DC28.5V/1kW原理样机的制作与调试工作，并进行了实验验证。实验结果验证了理论分析和参数设计的正确性。关键词：全桥LLC谐振变换器，混合控制，数字控制，谐振频率检测数字控制全桥LLC谐振变换器的研究IIABSTRACTHigh-voltageDC(HVDC)aeronauticalpowersystemhastheadvantagessuchaslowerweightandeasinesstorealizeuninterruptiblepowersupply,whichhasbeenregardedasthefuturetrendofthepowersysteminaeroplane.ThisdissertationisdevotedtotheoreticalstudyandengineeringpracticeonDC/DCconverterofsecondarypowersupplyinHVDCpowersystem.TheFull-BridgeLLCresonantconverterisverysuitablefortheDC/DCstageinHVDCpowersystem,becauseithastheadvantagesofsimpleconfiguration,zero-voltage-switching(ZVS)fortheswitchesandzero-currentswitching(ZCS)fortherectifierdiodesinawideloadrange.Thecontrolstrategiesforfull-bridgeLLCresonantconverternormallyincludevariable-frequencycontrolandfixed-frequencycontrol,whichhaveadvantageanddisadvantageoftheirown.Inordertocombinetheadvantagesofboththetwocontrolstrategies,ahybridcontrolisadoptedinthisthesis.Theoperationprincipleoftheconverterunderthetwocontrolstrategiesarediscussedinthethesis,thecharacteristicsofthefull-bridgeLLCresonantconverterundervariable-frequencycontrolandfixed-frequencycontrolareanalyzedbyfundamentalharmonicapproachandtimedomainanalysisrespectively,basedonthis,theswitchingpointselectionprincipleoftheconverterisgiven.Whentheswitchingfrequencyisequaltotheresonantfrequency,theefficiencyoftheconverterisoptimal.Consideringthedeviationoftheparameters,aresonancefrequencydetectionmethodisproposedinthethesis,toensurethattheconverterworkattheresonantfrequencyatratedinputvoltage.Thetraditionalanalogcontrolcircuitiscomplexandhasvariouscomponents,witchgreatlylimitstheimprovementofpowerdensityandpowercostreduction,soadigitalcontrolprogramisgiveninthethesis.Thecontrolcircuitdesignoffull-bridgeLLCconverterisbasedonDSP,includingdrivecircuit,samplingandmodulatingcircuit,resonantfrequencydetectioncircuitandsoon.Theflowchartofdigitalprogramisalsogiveninthethesis.Finallyaprototypeof270±10%Vinput,28V/1kWoutputwasfavricatedandtestedinthelab,andtheexperimentalresultswereprovidedtoverifytheeffectivenessoftheproposedconverter.Keywords:Full-BridgeLLCResonantConverter,HybridControl,DigitalControl,ResonantFrequencyDetection南京航空航天大学硕士学位论文III目录摘要.....................................................................................................................................................IABSTRACT...........................................................................................................................................II目录..................................................................................................................................................III图表清单..............................................................................................................................................VI注释表...............................................................................................................................................VIII第一章绪论..........................................................................................................................................11.1引言.........................................................................................................................................11.2常用的270V高效率航空用DC/DC级电路拓扑..................................................................21.2.1双管正激变换器...........................................................................................................21.2.2半桥变换器...................................................................................................................21.2.3全桥变换器...................................................................................................................31.3全桥LLC谐振变换器的研究现状..............